JP4364195B2 - 交流電源装置およびその装置におけるアーク防止方法 - Google Patents
交流電源装置およびその装置におけるアーク防止方法 Download PDFInfo
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Description
〔構成〕
先ず、本発明の実施の形態による交流電源装置の構成について説明する。図1は、交流電源装置の構成を示す制御ブロック図である。交流電源装置1は、AC−DC整流器3、第1の平滑用コンデンサ4、DC―DC電力変換器5、第2の平滑用コンデンサ6、第1の電圧検出器7、第1の電流検出器8、高周波電力変換器9、高周波トランス10、第2の電圧検出器11、第2の電流検出器12、リアクタ13、直流制御用電源14、電力制御手段15及び発振制御手段16を備える。交流電源装置1は、商用交流電源2から商用交流電力を入力し、一旦直流電力に変換し、さらに直流電力から交流電力に変換し、交流電力を負荷装置17へ出力する。
次に、図1に示した電力制御手段15の構成について詳細に説明する。図2は、電力制御手段15の構成を示す制御ブロック図である。この電力制御手段15は、電力設定器21、指令演算器22、電力制御増幅器23、ゲート制御器24、第1の帰還電力演算器25、第2の帰還電力演算器26および電力誤差制御器27を備えている。
次に、図1に示した発振制御手段16の構成について詳細に説明する。図3は、発振制御手段16の構成を示す制御ブロック図である。この発振制御手段16は、アーク制御手段30およびパルス指令演算手段50を備えている。アーク制御手段30は、プロセス電圧設定器31、電流レベル演算器32、電流レベル設定器33、指令選択器34、レート時間設定器35、アーク電流基準値設定器36、保持・解除信号発生器37、第2の比較器38、電流−電圧変換器39、絶縁トランス40、差動増幅器41、絶対値変換器42、第1の比較器43、遮断信号発生器44および演算器45を備えている。また、パルス指令演算手段50は、スイッチング周波数設定器51、デッドバンド設定器52、スイッチング指令器53およびゲート制御・遮断器54を備えている。
次に、図1に示した交流電源装置1の動作のうち、アーク防止方法について説明する。図7は、交流電源装置1におけるアーク防止方法の処理手順を示すフローチャート図である。まず、電流レベル設定器33は、プロセス電圧設定器31からの放電電圧値および電力制御手段15からの直流電力指令値を用いて演算された値と、高周波トランス10の巻線比(10p:10s)とに基づいて電流レベル指令値を設定する(ステップS701)。そして、指令選択器34およびレート時間設定器35は、負荷装置17の運転モードに応じて、運転モード毎に設定された比率を前記電流レベル指令値に乗算し、定常モードの電流レベル指令値または起動・再起動モードの電流レベル指令値を設定する(ステップS702)。この場合、起動・再起動モードのときは、予め設定されたレート時間により、起動・再起動モードの電流レベル指令値から定常モードの電流レベル指令値に徐々に立ち上がるように新たな電流レベル指令値を設定する。
次に、図1に示した交流電源装置1の動作のうち、直流電圧飽和抑制方法について説明する。図8は、交流電源装置1における直流電圧飽和抑制方法の処理手順を示すフローチャート図である。まず、帰還電力演算器25は、直流電圧帰還信号Bおよび直流電流帰還信号Cに基づいて、直流帰還電力値を演算する(ステップS801)。また、帰還電力演算器26は、交流電圧帰還信号Dおよび交流電流帰還信号Eに基づいて、交流帰還電力値を演算する(ステップS802)。そして、電力誤差制御器27は、交流帰還電力値と直流電力指令値とを比較し(ステップS803)、交流帰還電力値が直流電力指令値よりも小さいときに、直流電力指令値と交流帰還電力値との差分を直流電力指令値から減算補正して新たな直流電力指令値を演算し、この新たな直流電力指令値から直流帰還電力値を減算して増幅する(ステップS804)。一方、交流帰還電力値が直流電力指令値以上であるときは、直流電力指令値を維持する(ステップS805)。そして、ゲート制御器24は、直流電力指令値に基づいてゲート制御信号Aを生成する(ステップS806)。これにより、負荷装置17へ供給される交流電力の電流が減少した場合には、DC−DC電力変換器5の直流電力が減少し、結果として交流電力値と直流電力指令値との間の誤差により発生する直流電圧の飽和等を抑制することができ、安定した特性を得ることができる。
2 商用交流電源
3 AC−DC整流器
4 第1の平滑用コンデンサ
5 DC−DC電力変換器
6 第2の平滑用コンデンサ
7 第1の電圧検出器
8 第1の電流検出器
9 高周波電力変換器
10 高周波トランス
11 第2の電圧検出器
12 第2の電流検出器
13 リアクタ
14 直流制御用電源
15 電力制御手段
16 発振制御手段
17 負荷装置
21 電力設定器
22 指令演算器
23 電力制御増幅器
23−1 指令演算器
23−2 PID演算器
24 ゲート制御器
25 第1の帰還電力演算器
26 第2の帰還電力演算器
27 電力誤差制御器
30 アーク制御手段
31 プロセス電圧設定器
32 電流レベル演算器
33 電流レベル設定器
34 指令選択器
35 レート時間設定器
36 アーク電流基準値設定器
37 保持・解除信号発生器
38 第2の比較器
39 電流−電圧変換器
39−1 抵抗体
39−2 コンデンサ
40 絶縁トランス
41 差動増幅器
41−1〜41−4 抵抗体
41−5 オペアンプ
42 絶対値変換器
43 第1の比較器
44 遮断信号発生器
45 演算器
50 パルス指令演算手段
51 スイッチング周波数設定器
52 デッドバンド設定器
53 スイッチング指令器
54 ゲート制御・遮断器
71 直流制御部
72 平滑回路
73 インバータスイッチング部
74 昇圧トランス
75 整流部
76 処理装置本体
77 サイリスタ制御部
78 インバータ制御部
79 カレントトランス
80 電流検出回路
81 温度検出器
A ゲート制御信号
B 直流電圧帰還信号
C 直流電流帰還信号
D 交流電圧帰還信号
E 交流電流帰還信号
F 直流電力指令信号
G スイッチング制御信号
Claims (4)
- 商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する電源であって、アーク放電の発生を防止する交流電源装置において、
前記商用交流電力が整流された直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換器と、
該変換された直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換器と、
前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出器と、
前記高周波電力変換器のスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を高周波電力変換器に出力する発振制御手段とを備え、
該発振制御手段は、
アーク放電が発生することなく運転する定常モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準値よりも小さい所定の電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、
前記負荷装置へ交流電力供給を開始する起動モード時またはアーク放電発生後の再起動モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さく、かつ前記定常モード時の電流レベル指令値よりも小さい値であって、前記スイッチング制御信号のパルス幅を前記定常モード時のパルス幅まで徐々に増加させることに対応して、所定のレートで徐々に増加させる電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、該遮断信号によりスイッチング制御信号のパルスをオフし、前記負荷装置への交流電力の供給を停止させることを特徴とする交流電源装置。 - さらに、前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出器と、
前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成し、該ゲート信号を前記DC−DC変換器に出力する電力制御手段とを備え、
該電力制御手段は、前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、交流電力値が前記直流電力指令値よりも小さい場合に、前記直流電力指令値を減少させることを特徴とする請求項1に記載の交流電源装置。 - 商用交流電力から高周波の交流電力に変換し、該交流電力を負荷装置へ供給する交流電
源装置におけるアーク防止方法において、
前記商用交流電力を直流電力に整流するAC−DC整流工程と、
該整流した直流電力を、ゲート制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、新たな直流電力に変換するDC−DC電力変換工程と、
該変換した直流電力を、スイッチング制御信号によりスイッチング素子のゲートを制御して、高周波の交流電力に変換する高周波電力変換工程と、
前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電流値を検出する電流検出工程と、
前記高周波電力変換工程におけるスイッチング素子のゲートを制御するためのパルスを有するスイッチング制御信号を生成する場合に、
アーク放電が発生することなく運転する定常モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準値よりも小さい所定の電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、前記負荷装置へ交流電力供給を開始する起動モード時またはアーク放電発生後の再起動モード時において、アーク放電を検出するためのアーク基準電流値よりも小さく、かつ前記定常モード時の電流レベル指令値よりも小さい値であって、前記スイッチング制御信号のパルス幅を前記定常モード時のパルス幅まで徐々に増加させることに対応して、所定のレートで徐々に増加させる電流レベル指令値と前記交流電流値とに基づいて遮断信号を発生し、該遮断信号によりスイッチング制御信号のパルスをオフし、前記負荷装置への交流電力の供給を停止させる発振制御工程とを有することを特徴とする交流電源装置におけるアーク防止方法。 - 前記負荷装置へ供給される交流電力の交流電圧値を検出する電圧検出工程と、
前記負荷装置に見合う直流電力指令値に基づいてゲート制御信号を生成する場合に、前記交流電圧値および交流電流値から交流電力値を演算し、
前記交流電力値が直流電力指令値よりも小さいときに、前記直流電力指令値を減少させる電力制御工程とを有することを特徴とする請求項3に記載の交流電源装置におけるアーク防止方法。
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